Інструкції до лабораторних робіт з дисципліни "Прикладна хімія"

 

 

 

Інструкції до лабораторних робіт з дисципліни «Прикладна хімія»

 

 

 

                                      Розробила викладач хімії Гапоненко І.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

Тема роботи: Електролітична дисоціація.

Мета роботи: Сформувати поняття про механізм електролітичної дисоціації сполук з іонним і ковалентним полярним зв’язком, показати суть дисоціації та роль води в цьому процесі. 

Обладнання та реактиви: штатив з пробірками; дистильована вода, реактиви: сульфат купруму (CuSO4); карбонат натрію (Na2CO3); гідроксид натрію (NaOH); хлорид на кислота (HCI); концентрована оцтова кислота (CH₃COOH)..

ХІД РОБОТИ: I. Теоретична частина:

Теоретичні відомості:

За здатністю проводити електричний струм у водному розчині і розплаві усі речовини поділяють на електроліти і неелектроліти.

Електроліти – речовини, водні розчини або розплави яких проводять електричний струм. Електролітами є солі, кислоти, луги. У їх молекулах є іонні або сильно полярні ковалентні зв’язки.

Неелектроліти – речовини, водні розчини або розплави яких не проводять електричний струм. Це прості речовини елементів-неметалів, багато органічних сполук (вуглеводні, вуглеводи, естери тощо).

Для пояснення електропровідності розчинів і розплавів електролітів С. Арреніус (Швеція) у 1887 р. запропонував теорію електролітичної дисоціації, за що у 1903 р. йому була присуджена Нобелівська премія.

 Основні положення теорії електролітичної дисоціації.

1.                  При розчиненні або плавленні електроліту, його молекули розпадаються на іони – відбувається електролітична дисоціація (іонізація).

Іон (гр. ion – той, що іде) – заряджений атом або група атомів. Іони бувають прості (одноатомні: H⁺, Na⁺, Cl^–, S^2– тощо) і складні (багатоатомні: OH^–, SO₄^2–, NH₄⁺, H₂PO₄^–тощо). Формули іонів записують вказуючи справа верхнім індексом заряд іона (в умовних одиницях відносно заряду електрона, який рівний -1). На відміну від запису ступеня окиснення, при наведенні заряду іона спочатку записують кількість одиниць заряду (число 1 зазвичай опускають), а потім – знак заряду (“+” або “–”), наприклад H⁺, OH^–, NH₄⁺, PO43–.

2.                  У розчині або розплаві електроліту іони рухаються хаотично (неупорядковано), а при пропусканні електричного струму позитивно заряджені іони рухаються до негативного електрода (катода), а негативно заряджені – до позитивного (анода).

Позитивно заряджені іони називають катіонами(H⁺, NH₄⁺, іони металів Na⁺, Al³⁺ тощо). Негативно заряджені іони називають аніонами (OH^–, кислотні залишки F^–, СO₃^2–, HSO₄^– тощо).

3.                  Дисоціація – процес оборотний. Паралельно з процесом дисоціації (розпадом молекул на іони) відбувається асоціація (об’єднання іонів у молекули).

Для кількісної характеристики електролітичної дисоціації використовують поняття ступінь дисоціації – відношення кількості молекул, що розпались на іони (n) до вихідної кількості молекул (N):

 

де a (альфа) – безрозмірна величина, виражається у частках від одиниці або у %.

II.      Тестові завдання:

1.      При взаємодії яких речовин утворюється осад:

А). FeCI2 + H2SO4;                Б).  CuSO4 + NaOH; 2. При взаємодії яких речовин утворюється газ:	В).  Na2CO3 + HCI.
А). CuCI2 + NaOH;               Б). H2SO4 + NaOH	В).  K2S + HCI.

3.    Взаємодія яких речовин відповідає скороченому іонному рівнянню:Ba²⁺ + SO4 ^2- =

BaSO₄

             А). Na₂SO₄ + BaCI₂                    Б).  CuCI₂ + Ba(NO₃)₂              В).    Fe(NO₃)₂ + Ba(OH)₂

4.    Ступінь дисоціації залежить від:

           А). природи речовини;   Б). природи розчинника;   В). кількості розчинника.

5.    Дисоціація характерна для речовин з:

 А). з іонним зв’язком; Б). ковалентним неполярним зв’язком; В). металевим зв’язком.

III.   Практична частина:

Що робили?	Що спостерігали? Висновки
Дослід № 1 Реакції обміну між розчинами електролітів, які відбуваються з утворенням осаду. Із запропонованих речовин виберіть ті, при взаємодії яких утворюється осад.	Записати рівняння реакції в молекулярному, повному іонному та скороченому вигляді.
Дослід № 2. Реакції обміну між розчинами електролітів, які відбуваються з утворенням газу. Із запропонованих речовин виберіть ті, при взаємодії яких утворюється газ.	Записати рівняння реакції в молекулярному, повному іонному та скороченому вигляді
Дослід № 3. Реакції обміну між розчинами електролітів, які відбуваються з утворенням малодисоціюючої речовини. Із запропонованих речовин виберіть ті, при взаємодії яких утворюється малодисоційована речовина – вода.	Записати рівняння реакції в молекулярному, повному іонному та скороченому вигляді
Дослід № 4. Залежність ступеня дисоціації від концентрації розчинів. В стакан з концентрованою оцтовою кислотою (CH3COOH) занурюємо електроди та вмикаємо  прилад. Вимикаємо прилад. Розбавляємо концентровану оцтову кислоту та знову вмикаємо прилад. .	Записати спостереження та відповідне рівняння реакції.

 

По завершенню роботи записуємо загальний висновок, аргументуючи в яких випадках  процес електролітичної дисоціації є незворотнім.

Питання для самоконтролю:

1.      Дайте визначення поняття «Електролітична дисоціація».

2.      Які сполуки називають електролітами.

3.      Поясніть поняття «сильні» та «слабкі» електроліти.

4.      Від яких показників залежить ступінь дисоціації.

5.      Складіть рівняння реакції в молекулярній формі, відповідне скороченому рівнянню: Ni ²⁺ + S^2- = NiS.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

Тема роботи: Властивості заліза. Сполуки феруму.

Мета роботи: Вивчити властивості 

Обладнання та реактиви: речовина-залізо (стружка); розчини кислот: HCI (розбавлена) H2SO4(розбавлена та концентрована) HNO3(розбавлена); калій роданід (KCNS); натрій гідроксиду ( NaOH); ферум (III) хлориду (FeCI3) штатив з пробірками; дистильована вода. 

 

ХІД РОБОТИ:

III.   Теоретична частина:

Теоретичні відомості:

Найактивнішими елементами VIII групи періодичної системи Д.І.Меделєєва  є родина заліза. Родина заліза у природі розповсюджена у вигляді сполук. Але залізо іноді трапляється і у вільному стані-йдеться про метеоритне залізо. Що являє собою сплав заліза з нікелем. Залізо у природі становить близько 4% маси земної кори і здебільшого перебуває у вигляді таких сполук: магнітний Fe3O4, червоний  Fe3O4 і бурий Fe3O4*H2O залізняки.

Залізо відоме з глибокої давнини. В Україні поблизу Бердичева та в Жовтих водах вже у XIIIст. Застосовувалися досконалі способи добування заліза. Нині залізо одержують у доменних печах, або домнах.

 

IV.   Тестові завдання:          

1.  Визначте речовини А і D у схемі реакції:      𝐹𝑒𝑆𝑂₄ + 𝐴              𝐷   + 𝐾₂𝑆𝑂₄

      а)𝐾, 𝐹𝑒;       б)𝐾𝑂𝐻, 𝐹𝑒(𝑂𝐻)₂ ;    в)𝐾𝑂𝐻, 𝐹𝑒(𝑂𝐻)₃;    г)𝐾₂𝑂, 𝐹𝑒(𝑂𝐻)₂.  

2.  Вкажіть ступінь окислення феруму у червоному залізняку (Fe2O3):

а)+2;   б)+3;    в)+6;    г)+4.

3.  Вкажіть металу, який можна відновити залізом з розчину солі:

а) цинк;    б) мідь;  в) магній;   г) калій. 4. Вкажіть, який з наведених продуктів містить багато феруму: 

      а) сир;          б) яблуко;          в) огірки;    г) виноград;    д) помідор.

5.  Вкажіть електрону формулу атому 𝐹𝑒

 а) 1𝑆²2𝑆²2𝑃⁶3𝑆²3𝑆²3𝑃⁶4𝑆²4𝑃⁶;

 б) 1𝑆²2𝑆²2𝑃⁶3𝑆²3𝑃⁶;

 в) 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3D⁶4S²;

 г) 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3D⁸4S¹.

6.  Яка речовина використовується для визначення 

        а) калій роданід;  б) червона кров’яна сіль;      в) жовта кров’яна сіль.

7.  Під час взаємодії з розбавленою сульфатною кислотою утворюється:

        а) Fe₂(SO₄)₃;                         б)   Fe(OH)₂;           в)   FeSO_4.

8.  Формула магнітного залізняку:

а)     FeS;                                 б)    Fe₂O₃;              в)   Fe₃O₄.9. Яка з солей феруму у водному розчині дисоціює з утворенням іону Fe³⁺

      а)    Fe(NO₃)₂;                        б)     Fe₃(PO₄)₂;       в)   FeCI₃.

10. Яким засобом отримують залізо:

 а) електролізом руди;     б) відновленням воднем з руди; в)відновленням коксом із руди.

 

 

 

 

 

V.      Практична частина:

 

Що робили?	Що спостерігали? Висновки
Дослід № 1. Взаємодія з кислотами. В три пробірки наливаємо розбавлені кислоти: хлоридну, сульфатну та нітратну. В четверту додаємо декілька краплин концентрованої сульфатної кислоти. В кожну пробірку поміщаємо залізну стружку. Пробірку з концентрованою сульфатною кислотою обережно  нагріваємо. Потім в кожну пробірку додаємо по одній краплі розчину калій роданіду, який утворює з іонами феруму (III) сіль Fe(SCN)3, інтенсивно забарвлену в червоний колір. В яких кислотах утворюються іони Fe3+? Запишіть рівняння реакцій розчинення заліза в кислотах. Зробіть висновок.
Дослід № 2. Отримання феруму (II) гідроксиду і окиснення його киснем повітря. В пробірку з розчином солі феруму (II)сульфату доливаємо по краплинам  розчин лугу (NaOH); до утворення зеленого осаду. Переносимо частину осаду в другу пробірку та перевіряємо, чи взаємодія осад з хлоридною кислотою,Які властивості проявляє в даній реакції феруму (II) гідроксид? Потім осад в першій пробірці перемішаємо скляною паличною і простежимо через кілька хвилин побуріння внаслідок утворення феруму (III) гідроксиду. Запишіть відповідні реакції та зробіть відповідні висновки.
Дослід № 3. Отримання феруму (III) гідроксиду та дослідження його властивостей. В дві пробірки наливаємо по декілька краплин феруму (III) гідроксиду та додаємо 3-4 краплини розчину лугу (NaOH); до утворення бурого осаду. Потім до першої пробірки додаємо декілька краплин кислоти, а до другої доливаємо декілька краплин лугу. Записуємо відповідні рівняння реакції та
робимо висновок, щодо властивостей феруму (III) гідроксиду.

 

По завершенню роботи записуємо загальний висновок, щодо основних хімічних властивостей феруму та його сполук під час перебігу хімічних реакцій.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3.

Тема роботи: Електроліз. Значення електролізу.

Мета роботи: дослідити за допомогою експерименту деякі приклади електролізу розчинів солей.

Обладнання та реактиви: Прилад для проведення дослідів з електричним струмом. Розчини солей - електролітів: калій йодид; купрум (II) сульфат; купрум (II) хлорид.

ХІД РОБОТИ:

VI.   Теоретична частина:

Теоретичні відомості:

Електроліз – це явище проходження електричного струму у рідинах, при якому сама рідина не «переживає» ніяких перетворень своєї сутності. Всі реакції відбуваються виключно біля електродів, а у рідини змінюється лише концентрація компонентів

Явище електролізу вперше вивчив у 1834 р. і виклав основні закономірності цього явища у вигляді законів електролізу англійський учений Фарадей.

Перший закон Фарадея. При електролізі маса речовини, що виділяється на електродах прямопропорційна кількості електричного струму, що проходить крізь розчин або розплав електроліту.

Другий закон Фарадея. Однакова кількість електрики виділяє на електродах під час електролізу еквівалентну кількість різних речовин.

Для того, щоб виділити на електроді один еквівалент будь-якої речовини, треба затратити 96500 Кл (точніше 96487 Кл) електричного струму. Ця кількість електричного струму називається числом Фарадея і позначається F.

Катод – це електрод, на якому відбуваються відновні процеси. Анод – це електрод, на якому проходять окислювальні процеси. При електролізі катод негативний/-/, анод – позитивний/+/.

Електроліз здійснюється у електролізері (електролітичній ванні), яка складається з ємкості,наповненої електролітом. В електроліт занурюють два електроди. Хімічні перетворення при електролізі можуть бути вельми різноманітними – залежно від матеріалу електродів і хімічного складу електролітів, величини електродного потенціалу, який у свою чергу, залежить від густини електричного струму.

Контрольні питання:

1.      Поясніть значення електролізу для отримання металів із їх сполук.

2.      Назвіть основні види практичного використання електролізу.

3.      Поясніть застосування електрометалургії. гальваностегії та гальванопластики. В техніці та промисловості.

 

VII.                      Тестові завдання:

1.      Явище електролізу це:

а) електролітична дисоціація; б) окисно-відновний процес; в) хімічна рівновага  2. Що утворюється на катоді при електролізі розчину NaCI: 

а) Na;               б) CI_2;                в)      H₂.

3.         Що утворюється на аноді при електролізі розчину CuSO4:

а) Cu;               б) SO₂;          в)      O_2.

4.         В основі якої технології лежить явище електролізу:

а) гальваностегія;      б) полімеризація;       в) крекінг;      г)         електролітична дисоціація.

5.         Який з металів добувають методом електролізу:

а) Cu;                б) Fe;             в)      K_.

 

VIII.                   Практична частина:

 

Що робили?	Що спостерігали? Висновки
Дослід № 1. Електроліз розчину калій йодиду. В посудину для електролізу наливаємо розчин калій іодіду. В анодний простір додаємо невелику кількість крохмального клейстеру. В катодний-декілька краплин фенолфталеїну. В електроліт занурюємо два електроди. Вмикаємо прилад в електричну мережу.	Запишіть спостереження та поясніть, що відбувається.
Дослід № 2. Електроліз розчину купрум (II) сульфату. В посудину для електролізу наливаємо розчин купрум (II) сульфату. Зачищаємо дрібним наждачним папіром два вугільні електроди та занурюємо їх в електроліт. Вмикаємо прилад в електричну мережу. Через декілька хвилин вимикаємо прилад.	Поясніть що відбувається на електродах. Запишіть відповідні реакції, які відбуваються на катоді та аноді.
Дослід № 3. Електроліз розчину купрум (II) хлориду. В посудину для електролізу наливаємо розчин купрум (II) хлориду. Закріпляємо два вугільних електрода та занурюємо їх в електроліт. Вмикаємо прилад в електричну мережу.	Поясніть що відбувається на електродах. Запишіть відповідні реакції які відбуваються на катоді та аноді.

 

По завершенню роботи записуємо загальний висновок, щодо умов перебігу хімічних перетворень при електролізі в розчинах електролітів.

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4.

Тема роботи: Кальцій. Сполуки кальцію

Мета роботи: вивчити властивості кальцію та ознайомитися з кругообігом кальцію в природі.

Обладнання та реактиви: мармур, розчин вапняної води, індикатор-фенолфталеїн, фарфорова чашка, апарат Кіппа, пальник,тигельні щипці, штатив з пробірками.

 

ХІД РОБОТИ:

IX.                         Теоретична частина:

Теоретичні відомості:

Лужноземельний метал кальцій (Ca) у природі знаходиться у вигляді карбонатів (CaCO3 вапняк, крейда або мармур) та сульфатів (СaSO4*2H2O(гіпс) та ін. Карбонати,бікарбонати та сульфати кальцію розчинені у воді, визначають технічну придатність води, яка характеризується твердістю, яка обчислюється за формою: Т=СCa²+СMg²⁺, де Т- твердість; Ca^2- Mg²⁺ - концентрація ммоль/л еквівалентів іонів відповідно кальцію і магнію. Твердість, зумовлена вмістом бікарбонатів кальцію і магнію, називається бікарбонатною, або тимчасовою твердістю, яка усувається вже під час кипіння води, в результаті в воді залишаються солі CaSO4 Mg SO4, вміст яких зумовлює сталу твердість. Сполуки  лужноземельних металів набули широкого застосування в будівництві та техніці.

 

Контрольні питання:

1.      Яка вода називається жорсткою? Які Ви знаєте засоби усунення жорсткості води.

2.      Чому негашене вапно не можна зберігати на повітрі? Відповідь обґрунтуйте рівнянням реакції

3.      Напишіть рівняння реакції, що відповідають таким схемам:

                       CaO     Ca(OH)₂         Ca(NO₃)₂

Ca(OH)₂          CaCO₃        CaO 

X.                            Тестові завдання:

4.         Ступінь окиснення кальцію в сполуках:

        а) +1; б)        -2; в)       +2 

5.         Електронна формула кальцію:       

        а) 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶4S¹;      б)  1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3D²_;        в) 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶4S².

6.         Яка сполука кальцію не використовується в будівельній промисловості:

         а) кальцій гідроксид;         б) кальцій карбонат;          в) кальцій нітрат.

         4.     Формулі гашеного вапна відповідає:

         а) Ca(OH)₂;         б) CaCO₃;          в) CaO.

6.Під час розкладу мармуру утворюється:

            а) кальцій гідроксид; б) кальцій хлорид;           в) кальцій оксид.

 

 

 

 

 

 

XI.                         Практична частина:

 

Що робили?	Що спостерігали? Висновки
Дослід № 1. Добування кальцій оксиду, його гідратація. В фарфорову чашку поклали кусочок мармуру та змочило його невеликою кількістю води і випробуємо індикатором (фенолфталеїном). Чи відбулися змини?           Тигельними щипцями взяли шматочок мармуру і прокалили його в полум*ї пальника протягом 2-3 хвилин. Потім поклали його в фарфорову чашку і додали невелику кількість води. Знову додали фенолфталеїн. Спостерігаємо зміни та записуємо відповідні рівняння реакції.	Запишіть спостереження та поясніть, що відбувається.
Дослід № 2. Перетворення кальцій карбонату в кальцій гідрокарбонат і гідрокарбонат в карбонат. а). В пробірку з мармуром додаємо декілька краплин соляної кислоти і закриваємо отвір пробірки газовідвідною трубкою, кінець якою занурюємо в розчин з вапняною водою. Спостерігаємо утворення каламуті. Продовжуємо пропускати вуглекислий газ крізь розчин доки каламуть не зникне. Прозорий розчин зберігаємо для подальшого використання. б). Отриманий прозорий розчин розливаємо у дві пробірки. Розчин у першій пробірці нагріваємо до кипіння. В другу пробірку додаємо вапняну воду. Робимо висновки.	Записуємо спостереження та підтверджуємо відповідними рівняннями реакції.         Спостерігаємо зміни та записуємо рівняння реакції.

 

По завершенню роботи записуємо загальний висновок щодо хімічної активності кальцію та перетворень його сполук у природі.